Entwicklung von Sonden für spezielle Verfahren der Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie

Lemke, H.

Book/Report

FZJ-2018-03356

Entwicklung von Sonden für spezielle Verfahren der Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie

Lemke, H. (Corresponding author)FZJ*

1990
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2408, 77, A10 p. (1990)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18820

Report No.: Juel-2408

Abstract: In der Rasterkraftmikroskopie (RKM) und der Rastertunnelmikroskopie (RTM) ist eine Vielzahl von Wechselwirkungen von Bedeutung, darunter fallen insbesondere auch magnetische, elektrostatische und solche vom van der Waals-Typ. Alle WW hängen stark von den detaillierten Sonden- und Probeneigenschaften ab. Im Rahmendieser Arbeit wurden Modelle zu denjenigen WW, die neben den magnetostatischen im kontaktlosen Betrieb auftreten (speziell: elektrostatische WW und van derWaals-WW), erstellt. Elektrostatische WW wurden für den Fall der kapazitiven Kraft mit Hilfe einer sphärischen Sondenapproximation diskutiert. Im Falle lokalisierterLadungen wurde die WW einer Punktsonde mit einer kreisförmigen, homogenen Flächenladung sowie die WW mit einem flächenzentrierten, quadratischen, alternierenden Ladungsgitter behandelt. Für die van der Waals-WW in der RKM wurde eine möglichst allgemeine geometrische Approximation als Sondenmodell eingeführt und die nicht-retardierte WW sowie die Casimir-WW diskutiert. Mit dem Modell konnte gezeigt werden, daß der Casimir-Effekt in der RKM relevant ist. Allen diskutierten WW gemein ist in gewissen Grenzen ein 1/rn-Verlauf des Kraftgesetzes, im elektrostatischen Falle speziell ein 1/r$^{2}$ -Verlauf. Aufbauend auf der Kenntnis der diskutierten geometrischen Anforderungen sowie auf den Forderungen bezüglich struktureller Eigenschaften wurden elektrochemische Sondenherstellungsverfahren entwickelt und so verfeinert, daß die Herstellung von Sonden für die RKM und RTM mit Verrundungsradien bis hinab zu 10 nm erreichtwird. Mit einer einfachen Methode werden aus den Sonden Biegeelemente für die RKM hergestellt. Durch die Untersuchung äußerer Einflüsse sowie des Einflussesder einzelnen Parameter im Herstellungsprozeß wurden die Herstellungsverfahren so angepaßt, daß eine reproduzierbare Qualität der präparierten Sonden sichergestellt wird. Die Untersuchung verschiedener Methoden zur weiteren Strukturierung von Sonden m Submikrometer-Bereich führte zur Entwicklung eines Mikropräparationsverfahrens für die Herstellung neuartiger Kugelsonden. Die nach diesem Mikropräparationsverfahren hergestellten Sonden bestehen aus einer Kugel mit einem Radius zwischen 50 nm bis zu einigen 100 nm aus beliebigem Metall am Ende eines metallischen Sondenschafts. Erste Messungen zeigen Vorteile der Kugelsonden in bestimmten Bereichen der van der Waals- und der magnetischen RKM. Der Einfluß der Sondeneigenschaften in der RTM wurde an technisch relevantenTeststrukturen untersucht. Auf diesen Proben erwies sich insbesondere die mechanische Stabilität und eine wohlgeformte, scharf zulaufende Geometrie als bedeutsam. Im Falle der van der Waals- und der elektrostatischen WW wurden Messungen des Kraft-Abstand-Verhaltens auf ebenen Proben an Luft durchgeführt. Ein Vergleich der Meßergebnisse mit den theoretischen Vorhersagen wurde versucht. Für die Sonden in der magnetischen RKM wurde an Domänenwand-Strukturen experimentell gezeigt, daß ein nicht-trivialer Zusammenhang zwischen der Auflösung und der Sondengeometrie besteht. Tendenziell liefern dabei geometrisch scharfe Sonden die höchste Auflösung. Durch geeignete Suszeptibilitätsmessungen wurden Untersuchungen bezüglich der Magnetisierungseigenschaften der Sonden durchgeführt.

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